DE3230133A1 - ARRANGEMENT FOR SPARK-FREE DISCHARGE OF COMBUSTION GASES - Google Patents
ARRANGEMENT FOR SPARK-FREE DISCHARGE OF COMBUSTION GASESInfo
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Description
Klöckner-Humboldl-Deufz AGKlöckner-Humboldl-Deufz AG
5000 Köln 80, den 20. Juli 1982 Unser Zeichen: D 82/23 AE-ZPB N/Bn/Bi5000 Cologne 80, July 20, 1982 Our reference: D 82/23 AE-ZPB N / Bn / Bi
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum funkenfreien Ableiten von Verbrennungsgasen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein hierfür geeignetes Sicherheitsventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2 bzw. 5.The invention relates to an arrangement for the spark-free discharge of combustion gases according to the preamble of claim 1 and a suitable safety valve according to the preamble of claim 2 or 5.
Für Großmotoren über 220 mm Kolbendurchmesser werden von den Klassifikationsgesellschaften Sicherheitsventile für jeden Zylinder verlangt, die bei überhöhten Zünddrücken öffnen, so daß der Zylinderinnenraum mit der Umgebung verbunden wird. Dadurch wird eine Gefährdung der Motoren verhindert. For large engines with a piston diameter of over 220 mm, the classification societies use safety valves for every cylinder requires that open at excessive ignition pressures, so that the cylinder interior is connected to the environment will. This prevents the motors from being endangered.
Für Motoren, die in explosionsgefahrdeter Umgebung betrieben werden, ist jedoch ein öffnen der Sicherheitsventile in die Umgebung nicht möglich. Hier muß für eine funkenfreie Ableitung der beim öffnen der Sicherheitsventil austretenden Verbrennungsgase gesorgt werden. Bisher hat man dieses Problem dadurch gelöst, daß die Sicherheitsventile durch eine Art Hülle abgeschirmt werden, wobei die Hülle mit einer Rohrleitung verbunden ist, die in eine Motorsammelleitung führt. Nachteilig bei dieser Ausführung ist, daß durch die Hülle, Rohr- und Sammelleitungen die Zugänglichkeit zu wichtigen Wartungsteilen erheblich behindert wird.For motors that are operated in a potentially explosive atmosphere, however, the safety valves must be opened not possible in the area. For a spark-free discharge, the opening of the safety valve must be ensured here escaping combustion gases are taken care of. So far this problem has been solved in that the safety valves be shielded by a kind of sheath, the sheath being connected to a pipeline which in a motor manifold leads. The disadvantage of this design is that through the shell, pipes and manifolds the accessibility to important maintenance parts is significantly impeded.
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Akhö-U=::=-o".:·.: 3230133Akhö-U = :: = - o ".: · .: 3230133
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern/ daß die Rohr- und Sammelleitungen sowie die Hülle über das Sicherheitsventil nicht mehr notwendig sind.The object of the present invention is to provide an arrangement of the type mentioned to improve / that the pipe and manifolds and the shell over the Safety valve are no longer necessary.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß die bei zu hohen Zünddrücken über das Sicherheitsventil abgesteuerten Verbrennungsgase innerhalb des Zylinderkopfes direkt in den für jeden Zylinder vorhandenen Auslaßkanal geleitet werden. Zusätzliche Bauteile außerhalb des Zylinderkopfes entfallen vollständig. Es ist also nur notwendig, innerhalb des Zylinderkopfes vom Verbrennungsraum eine zum Auslaßkanal führende, das Auslaßventil umgehende Bypaß-Leitung vorzusehen, in die das Sicherheitsventil eingebaut ist.This object is achieved according to the invention by the characterizing Features of the first claim solved. This has the advantage that if the Ignition pressures controlled by the safety valve combustion gases within the cylinder head directly into the for each cylinder existing exhaust port are routed. Additional components outside of the cylinder head are not required Completely. So it is only necessary within the cylinder head from the combustion chamber one to the exhaust port leading to provide the outlet valve bypassing the bypass line in which the safety valve is installed is.
Eine für die oben beschriebene Anordnung geeignetes Sicherheitsventil beschreiben die Ansprüche 2 bis 8. Dieses Sicherheitsventile losen neben der bekannten Aufgabe, als überdruckventil zu arbeiten weiterhin die Aufgabe, den Ausläßkanal sicher abzudichten. Damit wird verhindert, daß Abgase über das Sicherheitsventil in den Verbrennungsraum strömen können.Claims 2 to 8 describe a safety valve suitable for the arrangement described above In addition to the known task of working as a pressure relief valve, safety valves continue to solve the task of the To seal the outlet channel securely. This prevents exhaust gases from entering the combustion chamber via the safety valve can flow.
Diese letzte Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 2 bzw. 5 gelöst, die beide für diese Aufgabenteile eine mögliche Lösung darstellen. 30This last task is made possible by the distinguishing features of claims 2 and 5 solved, both of which represent a possible solution for these parts of the task. 30th
Der Vorteil der Lösung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2 liegt darin, daß durch die BeaufschlagungThe advantage of the solution according to the characterizing features of claim 2 is that by the application
ι\πυι \ πυ
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der Abgase auf die Mantelflächen des kegelstumpfförmigen Kolbens die auf den Kolben im Öffnungssinne wirkenden Druckkräfte aus dem Abgasdruck minimiert werden. Da im Auslaßkanal meist nicht mehr als 2 bar Überdruck herrschen/ ist in jedem Betriebszustand siehergestellt, daß ein öffnen des Sicherheitsventils allein aufgrund des Abgasdruckes nicht eintritt.the exhaust gases on the outer surfaces of the frustoconical Piston the pressure forces acting on the piston in the opening direction from the exhaust gas pressure are minimized. Since in The outlet channel usually does not have an excess pressure of more than 2 bar / it is established in every operating state that the safety valve can be opened solely on the basis of the exhaust gas pressure does not occur.
Die Weiterbildung der Lösung nach Anspruch 2 durch.die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 3 hat den Vorteil, das der Kolben gleichmäßig von Abgasdruck beaufschlagt wird,· gleiches wird durch die alternative Lösung nach Anspruch 4 erzielt.The development of the solution according to claim 2 durch.die Characteristic features of claim 3 has the advantage that the piston is evenly acted upon by exhaust gas pressure · the same is achieved by the alternative solution according to claim 4.
Der Aufbau des Sicherheitsventils nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 5 hat den Vorteil, daß für die beiden zu schließenden Medien je ein getrenntes Schließglied vorhanden ist, so daß deren Funktion optimiert werden kann. Bevorzugt wird die Zuordnung nach Anspruch 6. Hierbei ist berücksichtigt, daß der Druck im Abgas bei einer betriebsunüblichen Höhe zwar den zugeordneten Schieber Öffnen kann, jedoch aufgrund des Anschlages nicht in der Lage ist, den Kolben zu öffnen. Dadurch ist sichergestellt, daß in keinem Betriebszustand Abgas in den Verbrennungsraum strömen kann. Umgekehrt wird über den Anschlag von dem sich öffnenden Kolben nach einem vorgegebenen zurückgelegten Weg der Schieber geöffnet, so daß bei überhöhtem Zünddruck Verbrennungsgase in den Auslaßkanal strömen können. Weiterhin gewährleistet diese Ausbildung des Sicherheitsventils, daß ein Pulsieren des Verbrennungsdruckes kurz unterhalb der zulässigen Höchstgrenze nicht zu einem öffnen des Sicherheitsventil führt,The structure of the safety valve according to the characteristic Features of claim 5 has the advantage that a separate closing member for each of the two media to be closed is present so that their function can be optimized. The assignment according to claim 6 is preferred it is taken into account that the pressure in the exhaust gas at an unusually high level does indeed affect the associated slide Can open, but is unable to open the piston due to the stop. This ensures that in no operating state exhaust gas can flow into the combustion chamber. The reverse is done via the stop opened by the opening piston after a predetermined distance covered, the slide, so that If the ignition pressure is too high, combustion gases can flow into the exhaust duct. Furthermore, this ensures training of the safety valve that a pulsation of the combustion pressure just below the maximum permissible limit does not lead to an opening of the safety valve,
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da der Kolben erst einen festgelegten Weg zurücklegen muß, bevor das Ventil öffnet. Dadurch kann der öffnungsdruck am Ventil sehr genau eingestellt werden.because the piston has to travel a certain distance before the valve opens. This allows the opening pressure on the Valve can be set very precisely.
Zur gleichmaßigen Verteilung des Abgasdruckes auf den Schieber wird die Weiterbildung nach Anspruch 7 vorgeschlagen. For even distribution of the exhaust pressure on the The development according to claim 7 is proposed.
um bei beiden Ausführungsformen des Sicherheitsventils zu gewährleisten, daß je nach seinem Einbauzustand immer die Bohrung zum Auslaßkanal mit der Gehäusebohrung korrespondiert und daß keine Strömungsengpässe vorhanden sind, wird die Weiterbildung nach Anspruch 8 vorgeschlagen.to in both embodiments of the safety valve ensure that, depending on its installation state, the bore to the outlet channel always corresponds to the housing bore and that there are no flow bottlenecks, the further development according to claim 8 is proposed.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es stellen dar:The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment.
They represent:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Kolben-Zylinder-Zylinderkopfeinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine;1 shows a schematic cross section through a piston-cylinder-cylinder head unit of a Reciprocating internal combustion engine;
Fig. 2, 3 Ausführungsbeispiele geeigneter Sicherheitsventile.
252, 3 exemplary embodiments of suitable safety valves.
25th
In Fig. 1 ist mit 1 ein Zylinderkopf einer Hubkolbenbrennkraftmaschine 2 dargestellt, welcher einen Zylinder 3 abschließt. In dem zylinder 3 arbeitet ein Kolben 4, der einen Zylinderinnenraum 5 begrenzt. Weiterhin weist der Zylinderkopf 1 ein Auslaßventil 6 auf, welches einen Auslaßkanal 7.(in Fig. 1) verschießt.In Fig. 1, 1 is a cylinder head of a reciprocating internal combustion engine 2, which closes a cylinder 3. In the cylinder 3, a piston 4 works, the a cylinder interior 5 delimits. Furthermore, the Cylinder head 1 has an exhaust valve 6 which closes an exhaust port 7 (in FIG. 1).
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Seitlich neben dem Auslaßventil 6 ist im Zylinderkopf 1 eine Bohrung 8 vorgesehen, die von dem Zylinderinnenraum zu einem Sicherheitsventil 9 und eine weitere Bohrung 10, die vom Sicherheitsventil 9 zum Auslaßkanal 7 führt. Das Sicherheitsventil 9 besteht im wesentlichen aus einem Ventilgehäuse 11, einem Verschlußteil 12 und einer Druckfeder 13, die das Verschlußteil in Schließstellung hält. Die Federspannung und damit der öffnungsdruck des Sicherheitsventils 9 ist über eine Mutter 14 einstellbar. Das Verschlußteil 12 ist als kegelstumpfförmiger Kolben 15 ausgebildet, der den im Ventilgehäuse 11 verlaufenden Teil der Bohrung 8 zum Verbrennungsraum 5 verschließt. Auf seinen Mantelflächen 16 weist der Kolben 15 eine umlaufende Ringnut 17 auf, die im geschlossenen Zustand mit dem im Ventilgehäuse verlaufenden Teil der Bohrung 10 (Gehäusebohrung 10.1) zum Auslaßkanal 7 fluchtet. Weiterhin ist auf der im Zylinderkopf 1 eingeschraubten Stirnseite des Sicherheitsventils 9 eine Ringnut 18 vorgesehen, um sicherzustellen, daß der im Ventilgehäuse 11 verlaufende Teil der Bohrung 10 in jeder Einbaulage mit dem im Zylinderkopf verlaufenden Teil der Bohrung 10 fluchtet.Laterally next to the exhaust valve 6, a bore 8 is provided in the cylinder head 1, which is from the cylinder interior to a safety valve 9 and a further bore 10 which leads from the safety valve 9 to the outlet channel 7. That Safety valve 9 consists essentially of a valve housing 11, a closure part 12 and a compression spring 13, which holds the closure part in the closed position. The spring tension and thus the opening pressure of the safety valve 9 can be adjusted via a nut 14. The closure part 12 is a frustoconical piston 15 which closes the part of the bore 8 running in the valve housing 11 to the combustion chamber 5. on its lateral surfaces 16, the piston 15 has a circumferential annular groove 17, which in the closed state with that part of the bore 10 running in the valve housing (housing bore 10.1) is aligned with the outlet channel 7. Farther an annular groove 18 is provided on the end face of the safety valve 9 screwed into the cylinder head 1 in order to ensure that the running in the valve housing 11 part of the bore 10 in each installation position with the im Cylinder head extending part of the bore 10 is aligned.
In Fig. 1 stellt die untere Lage des Kolbens 15 seine geschlossene, die obere - an seiner Mittelachse geteilt die geöffnete Stellung dar.In Fig. 1, the lower position of the piston 15 represents its closed, the upper one - divided on its central axis - represents the open position.
In Fig. 2 ist eine Alternative des Sicherheitsventils 9 nach Fig. 1 dargestellt. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Es unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten dadurch, daß in dem Kolben 15 keine Ringnut vorgesehen ist. Sie fehlt entweder ganz (rechte Hälfte der Fig. 2) oder ist vom Kolben 15 in dasAn alternative to the safety valve 9 is shown in FIG. 2 shown in FIG. The same components are provided with the same reference numbers. It is different from the one in Fig. 1 shown in that in the piston 15 no annular groove is provided. It is either completely absent (right Half of Fig. 2) or is from the piston 15 in the
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Ventilgehäuse 11 verlegt worden (Ringnut 171). Auch kann - wie in Fig. 2 nicht dargestellt - der im Ventilgehäuse verlaufende Teil der Bohrung 10 mehrere Sste aufweisen, die von der Mantelfläche 16 des Kolbens 15 - evtl. von der Fingnut 17* - zu der Ringnut 18 verlaufen. Hierdurch steht im Sicherheitsventil ein vergrößerte Stromungsquerschnitt zur Verfugung.Valve housing 11 has been relocated (annular groove 17 1 ). Also, as not shown in FIG. 2, the part of the bore 10 running in the valve housing can have a plurality of sections which run from the lateral surface 16 of the piston 15 - possibly from the finger groove 17 * - to the annular groove 18. As a result, an enlarged flow cross-section is available in the safety valve.
Fig. 3 zeigt eine weitere Möglichkeit, ein Sicherheitsventil für.die erfindungsgemäße Anordnung aufzubauen. Auch hier sind wieder gleiche Bauteile mit den in Fig. 1 verwendeten Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zu Fig. 1, 2 weist das in Fig. 3 dargestellte Sicherheitsventil 9 ein Verschlußteil 12 auf, welches aus einem Kolben 19 und einem den Kolben 19 konzentrisch umschließenden Schieber 20 besteht.Fig. 3 shows a further possibility, a safety valve build for the arrangement according to the invention. Even Here again, the same components are provided with the reference symbols used in FIG. 1. In contrast to Fig. 1, 2, the safety valve 9 shown in Fig. 3 has a closure part 12, which consists of a piston 19 and a the piston 19 concentrically enclosing slide 20 consists.
Der Kolben 19 verschließt wiederum die vom Verbrennungsraum 5 kommende Bohrung 8, während der Schieber 20, der im wesentlichen die Form eines Kreiszylinders aufweist, mit seiner Stirnseite 21 die im Ventilgehäuse 11 verlaufenden Teile der Bohrung 10 verschließt. Zu diesem Zweck wird der Schieber 20 von einer Feder 22 in Schließstellung gehalten, die derart dimensioniert ist, daß zumindest bei den üblichen Drücken im Auslaßkanal 7 der Schieber 20 geschlossen bleibt. Weiterhin ist zu diesem Zweck in die Stirnseite 21 des Schiebers 20 eine Ringnut 23 eingelassen.The piston 19 in turn closes the bore 8 coming from the combustion chamber 5, while the slide 20, which is in the essentially has the shape of a circular cylinder, with its end face 21 closes the parts of the bore 10 running in the valve housing 11. For this purpose, the Slide 20 held by a spring 22 in the closed position, which is dimensioned such that at least in the usual pressures in the outlet channel 7 of the slide 20 remains closed. For this purpose, the End face 21 of slide 20 let in an annular groove 23.
Zum öffnen des Schiebers 20 weist dieser einen wegabhängigen Anschlag 24 auf, über den der Schieber von dem sich anhebenden Kolben 19 mitgenommen wird. Dadurch ist sichergestellt, daß bei vollständig geöffnetem Kolben 19 aufgrund eines zu hohen Zünddruckes im Verbrennungsraum 5To open the slide 20, it has a path-dependent path Stop 24, via which the slide is taken along by the piston 19 as it rises. This is ensures that when the piston 19 is completely open, due to an excessively high ignition pressure in the combustion chamber 5
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auch der Schieber 20 geöffnet ist, so daß die Verbrennungsgase über die Bohrung 8 zur Bohrung 10 und weiter
in den Auslaßkanal strömen können, um so den zu hohen Zünddruck abzubauen.
05the slide 20 is also open, so that the combustion gases can flow via the bore 8 to the bore 10 and further into the outlet channel in order to reduce the ignition pressure which is too high.
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